К Азовскому морю несёт свои воды Кальмиус, куда попадают практически все воды речек другой стороны водораздела. Из 13 балок в главную реку города стекают водотоки. Малюсенькие речки Молочная и Чумакова впадают в Богодуховку, которая уже идёт в Кальмиус. Трудно найти на карте речечку Обеточная. У Моспино в Кальмиус впадают заметные речки: Кисличья и Грузская. В городе почти пропала, известная с дореволюционных времён Скоморошкина (Скоморошка), но условия для возобновления этой речки остались – по дну балки продолжает идти водоток. В городе много прудов площадью до 1-го гектара – 71. Они строились в период индустриализации края как отстойники для шахт, железной дороги, в научных целях. В городе 6 водохранилищ: Донецкое море, Кирша (Широкое-5), первый и второй городские пруды, Нижнекальмиусское (за проспектом Мира) и Кальмиусское. Когда то в 50-60-е годы 20-го века на Кальмиусском водохранилище отдыхало множество горожан (не зная, что одним из источников воды в нём является сброс воды из венкождиспансера), в наше время здесь в воде купающихся не бывает, но на лодках отдыхающие катаются и рыбу ловят. Несколько небольших речек впадает в балку Широкую и Донецкое море, – это Кислая, Кондратова, Караванная, есть и без названия. Ручей Трактирный попадает в Романовский пруд, что находится невдалеке от Кирша. Всего в городе 108 водоёмов (данные 2003 года) общей площадью 640,8 га, объёмом водных ресурсов – 22460,6 тысяч кубометров. В аренде находится 23 водных объекта.
Карловское водохранилище, рядом с Донецком (с северо-запада), которое в своё время помогло с обеспечением водой горожан Донецка, потеряло своё значение, вода из питьевой стала технической из-за стоков Авдеевского коксохимзавода.
Исследования преподавателей горного института ещё в самом начале второй четверти 20-го века показали, что питьевая вода в городе по жёсткости в 6—7 раз превышает норму. Позже город стал получать воду из других источников.
Город находится на крайней части кряжа, это объясняет наличие множества карьеров, в которых добывали камень до середины 60-х годов. Многие старые здания конца 19-го, первой половины 20-го столетий, сложены из этого камня.
Климат умеренно континентальный, отличается непостоянством, погодные условия могут меняться ежедневно и отличаться год от года. На это влияет рельеф (Донецкий кряж), поступление теплого влажного воздуха с Азово-Черноморского бассейна, условия большого города: дополнительные источники тепла, сочетание разноэтажных построек со свободными пространствами площадей и улиц. К основным климатообразующим факторам относится продолжительность солнечного сияния, она составляет 2093 часа в год. По этому показателю Донецк конкурирует с известными курортами: Кисловодском, Сочи (Кавказ), Ялта (Крым).
В городе период без морозов составляет 5 месяцев, общее количество